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LEVITACIÓN DE UNA ESPIRA PRODUCIDO POR UN CAMPO MAGNETICO
RONAL ANDRES CEBALLO MEDINA
MAIROM JOSE MARENCO CONTRERAS
OSCAR GUILLERMO PAVA RAMOS
UNIVERSIDAD POPULAR DEL CESAR
FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS Y DE EDUCACIÓN
LICENCIATURA EN MATEMÁTICAS Y FÍSICA
VALLEDUPAR, CESAR
2016
LEVITACIÓN DE UNA ESPIRA PRODUCIDO POR UN CAMPO MAGNETICO
RONAL ANDRES CEBALLO MEDINA
MAIROM JOSE MARENCO CONTRERAS
OSCAR GUILLERMO PAVA RAMOS
Informe presentado como requisito de evaluación parcial en la asignatura de
electromagnetismo grupo 15, al profesor
Lic. Juan Pacheco Fernández
UNIVERSIDAD POPULAR DEL CESAR
FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS Y DE EDUCACIÓN
LICENCIATURA EN MATEMÁTICAS Y FÍSICA
VALLEDUPAR, CESAR
2016
PRESENTACIÓN DE LA SITUACIÓN
La levitación es un fenómeno que siempre ha cautivado la imaginación del ser
humano. Hoy en día, se conocen unos cuantos mecanismos físicos que permiten
“sostener” un objeto flotando sin contacto mecánico alguno.
Como hemos visto, los imanes generan un campo magnético el cual ejerce una
fuerza sobre las cargas en movimiento, al tener una espira por la cual circula una
corriente y esta interactúa con un campo magnético debido a las cargas que se
mueven en su interior esta experimentara una fuerza generado por el campo y por
lo tanto la espira levitara.
OBJETIVO GENERAL
Analizar la interacción de la espira en el campo magnético
OBJETIVO ESPECIFICOS
Lograr que la espira flote en el aire, venciendo su propio peso, gracias al campo
magnético.
Identificar los factores por medio de los cuales se produce la levitación de la espira
producida por el imán.
Comprobar experimentalmente el fenómeno de levitación.
PROBLEMA
Al tener una espira de cobre por la cual circula una corriente y la introducimos en
un campo magnético ¿Cómo explicar desde los principios físicos la levitación
magnética?
TEORIA
Ferromagnetismo: propiedad de algunos materiales que hace que resulten
intensamente imantados cuando se sitúan en un campo magnético, y conserven
parte de su imantación cuando desaparece dicho campo.
Materiales Ferromagnético: Los materiales ferromagnéticos exhiben un
fenómeno de ordenamiento de largo alcance a nivel atómico, que hace que los
espines de los electrones no apareados se alineen paralelamente entre sí, en una
región del material llamada dominio. El campo magnético dentro del dominio es
intenso, pero en una muestra global el material generalmente no estará
magnetizado, debido a que los muchos dominios que lo componen estarán
orientados entre ellos de forma aleatoria.
Material Conductor: Los materiales conductores son aquellos que ofrecen poca
resistencia al paso de la electricidad, por lo que se transforman en las mejores
formas de distribuir la energía en el espacio físico.
Campo Magnético: Los campos magnéticos son producidos por corrientes
eléctricas, las cuales pueden ser corrientes macroscópicas en cables, o corrientes
microscópicas asociadas con los electrones en órbitas atómicas. El campo
magnético B se define en función de la fuerza ejercida sobre las cargas móviles.
Fuerza Magnética: Las fuerzas magnéticas son producidas por el movimiento de
partículas cargadas, como electrones, lo que indica la estrecha relación entre la
electricidad y el magnetismo. Las fuerzas magnéticas entre imanes y/o
electroimanes es un efecto residual de la fuerza magnética entre cargas en
movimiento
Imán: es un cuerpo o dispositivo con un magnetismo significativo, de forma que
atrae a otros imanes y/o metales ferromagnéticos (por ejemplo, hierro, cobalto,
níquel y aleaciones de estos). Puede ser natural o artificial.
Los imanes naturales mantienen su campo magnético continuo, a menos que
sufran un golpe de gran magnitud o se les aplique cargas magnéticas opuestas o
altas temperaturas
Espira: Una espira es un hilo conductor en forma de línea cerrada, pudiendo ser
circular, rectangular, cuadrada, etc. y es una de las vueltas de una bobina. Si por
la espira hacemos circular una corriente eléctrica, el campo magnético creado se
hace más intenso en el interior de ella.
Corriente: Lo que conocemos como corriente eléctrica no es otra cosa que la
circulación de cargas o electrones a través de un circuito eléctrico cerrado, que se
mueven siempre del polo negativo al polo positivo de la fuente de suministro de
fuerza electromotriz (FEM).
Campo Gravitatorio: En física newtoniana, el campo gravitatorio es un campo
vectorial conservativo cuyas líneas de campo son abiertas. Puede definirse como
la fuerza por unidad de masa que experimentará una partícula puntual situada
ante la presencia de una distribución de masa. Sus unidades son, por lo tanto, las
de una aceleración, m s-2.
Fuerza Gravitatoria: establece que los cuerpos, por el simple hecho de tener
masa, experimentan una fuerza de atracción hacia otros cuerpos con masa.
Equilibrio Traslacional: Un cuerpo se encuentra en equilibrio traslacional cuando
este no modifica su posición dentro de un especio euclídeo. Cuando un cuerpo se
encuentra en equilibrio traslacional la fuerza resultante actuando sobre él es igual
a cero.
Equilibrio Rotacional: Es aquel equilibrio que ocurre cuando un cuerpo sufre un
movimiento de rotación o giro, surge en el momento en que todas las torcas que
actúan sobre el cuerpo sean nulas, o sea, la sumatoria de las mismas sea igual a
cero.
PROCEDIMIENTO
Como hemos visto, los imanes poseen un campo magnético, el cual puede ser
más o menos poderoso, dependiendo del mismo. También sabemos que los
imanes generan un campo magnético el cual ejerce una fuerza sobre las cargas
en movimiento; al tener una espira por la cual circula una corriente y esta
interactúa con un campo magnético debido a las cargas que se mueven en su
interior esta experimentara una fuerza generado por el campo y por consiguiente
la espira levitara.
Para realizar el experimento se necesita de los siguientes materiales:

un imán con forma de anillo.

Alambre de cobre delgado para realizar una espira.

Batería de 9 o 14 voltio.
Tomamos el alambre de cobre y lo enrollamos en forma de una espira circular,
ahora acercamos el imán y se puede observar en la fig(a) que la espira no es
atraída por el imán debido que el cobre no es un material ferromagnético.
Fig (a)
Procedemos a conectar la espira con la batería la cual tiene una diferencia de
potencial de 9 voltios, acercamos nuevamente el imán a la espira y observamos lo
que ocurre. Como se observa en la fig(b) y la fig (c).
Fig(b)
Fig(c)
Para que la espira Levite es necesario que la fuerza magnética sea igual al peso
de la espira en magnitud.
Como
𝑭𝒎 = 𝐼𝒍 × 𝑩
y
𝑾 = 𝑚𝒈
Por definición de producto cruz tenemos que si el campo magnético es
perpendicular al vector longitud nos queda:
𝐹𝒎 = 𝐼𝑙𝐵𝑠𝑒𝑛90° y
𝑊 = −𝑚𝑔
Como sen90 es 1 entonces
𝐹𝒎 = 𝐼𝑙𝐵
Luego como la espira se mantiene levitando en equilibrio tenemos que:
∑ 𝐹 = 𝐹𝒎 + 𝑊 = 0
𝐼𝑙𝐵 − 𝑚𝑔 = 0
𝐼𝑙𝐵 = 𝑚𝑔
Entonces la magnitud del campo magnético será
𝐵=
𝑚𝑔
𝐼𝑙
La corriente será
𝐼=
𝑚𝑔
𝐵𝑙
BIBLIOGRAFIA
SERWAY, Raymond A. JEWETT, John W. Física Para Ciencia e Ingeniería Vol.2
Sexta Edición. Califonia State Polytechic Universit Pomona.
[Citado
el
04
de
Diciembre
de
2016]
Disponible
en
<http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica_/elecmagnet/materiales/superconductor/super
conductor.html
[Consultado
el
04
de
Diciembre
de
<https://www.youtube.com/watch?v=51D329IBfKI
2016]
Disponible
en